橋梁抗震綜述

1、橋梁的抗震設(shè)計(jì)鐵路橋梁、公路橋梁、城市高架橋等受到損壞，會(huì)使后續(xù)救助工作變得更加艱難。為了保障 人民財(cái)產(chǎn)的安全路橋梁設(shè)施的完好，更好地發(fā)揮公路運(yùn)輸在抗震救災(zāi)中的作用，在橋梁設(shè)計(jì) 中應(yīng)充分重視抗震設(shè)計(jì)。該法在當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到，橋墩延性減震是將橋墩某些 部位設(shè)計(jì)得具有足夠的延性，以便在強(qiáng)震作用下使這些部位形成穩(wěn)定的延性塑性鉸產(chǎn)生彈塑 性變形來延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量。我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，地震災(zāi)害會(huì)使量地面建筑 物和各種設(shè)施遭到破壞，造成大量人員傷亡，甚至嚴(yán)重地阻斷交通。鐵路橋梁、公路橋梁、 城市高架橋等受到損壞，會(huì)使后續(xù)救助工作變得更加艱難。為了保障人民財(cái)產(chǎn)的安全及公路 橋梁設(shè)施的完

2、好，更好地發(fā)揮公路運(yùn)輸在抗震救災(zāi)中的作用，在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)充分重視抗震 設(shè)計(jì)。1、橋梁震害現(xiàn)象分析二十世紀(jì)七十年代以來，國(guó)內(nèi)外發(fā)生過一系列較大的地震，有許多橋梁遭受了不同程度的破 壞。通過對(duì)這些震例進(jìn)行調(diào)查研究，分析橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能、震害特點(diǎn)及產(chǎn)生原因，可以 總結(jié)出以下幾點(diǎn)： 地基與基礎(chǔ)破壞地基破壞主要是指因砂土液化、不均勻沉降及穩(wěn)定性不夠等因素引起的地層水平滑移，下沉、 斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的破壞，震害較重?；A(chǔ)的破壞與地基的破壞緊密相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)周圍 的地基受到地震作用強(qiáng)度降低時(shí)，基礎(chǔ)就會(huì)發(fā)生沉降或滑移，樁基礎(chǔ)可能發(fā)生剪斷、傾斜破 壞，進(jìn)而引起墩臺(tái)傾斜、倒塌或折斷。橋臺(tái)沉陷當(dāng)?shù)卣鹱饔孟?，由?/p>

3、橋臺(tái)后填土與橋臺(tái)并非完全固結(jié)，橋臺(tái)填土的縱向土壓力增大，橋梁與 橋臺(tái)之間的沖撞會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的被動(dòng)土壓力，使橋臺(tái)有向橋跨方向移動(dòng)的趨勢(shì)。由于橋面的 支撐作用，橋臺(tái)將以橋臺(tái)頂端為支點(diǎn)產(chǎn)生豎向旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)破壞。若橋臺(tái)基礎(chǔ)建造在 液化土上，則可能引起橋臺(tái)垂直沉陷，最終導(dǎo)致橋臺(tái)因承受過大的扭矩而破壞。墩柱破壞墩柱破壞主要包括彎曲強(qiáng)度不足、彎曲延性不足、縱筋搭接區(qū)的抗彎能力以及剪切強(qiáng)度不足 等。墩柱的破壞往往引起連鎖反應(yīng)，如落梁、整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌等。支座破壞在地震力的作用下，如果上、下部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移過大可能造成支座錨固螺栓拔出、剪斷， 活動(dòng)支座脫落及支座本身構(gòu)造上的破壞等，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力傳遞形式的變化，

4、進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)的其他 部位產(chǎn)生不利的影響。落梁破壞支撐連接構(gòu)件失效后，上、下部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移進(jìn)一步加大，相鄰梁體發(fā)生相互沖擊，造成 撞擊破壞甚至落梁 的發(fā)生。節(jié)點(diǎn)破壞節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋大量相交，連接節(jié)點(diǎn)在地震荷載和重力荷載的作用下處于復(fù)雜而又變化的應(yīng)力 狀態(tài)，常導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土的壓碎和錨固筋的破壞。蓋梁破壞蓋梁的破壞形式主要表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度不足或錨固筋不能滿足抗拉要求，引起錨固端破壞。2、橋梁抗震設(shè)計(jì)方法采用隔震支座采用減、隔震支座在梁體與墩、臺(tái)的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性和阻尼以減小橋梁 的地震反應(yīng)，采用減、隔震支座橋梁結(jié)構(gòu)的梁體通過支座與墩、臺(tái)相聯(lián)結(jié)。在梁體與墩、臺(tái) 的聯(lián)結(jié)處安裝減、隔震支座能有效地減小墩

5、、臺(tái)所受的水平地震力。采用隔震支座和阻尼器 相結(jié)合的系統(tǒng)?？梢岳脴蚨赵诘卣鹱饔孟掳l(fā)生彈塑性變形耗散地震能量以達(dá)到減震的目的。 利用橋墩延性減震。該法在當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到，橋墩延性減震是將橋墩某些部位 設(shè)計(jì)得具有足夠的延性，以便在強(qiáng)震作用下使這些部位形成穩(wěn)定的延性塑性鉸產(chǎn)生彈塑性變 形來延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量。采用減震的新結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是在混凝土上包裹 型鋼做成的結(jié)構(gòu)，與鋼筋混凝抗剪承載力強(qiáng)，延性好，滯回曲線較為飽滿，耗能能力強(qiáng)，呈 現(xiàn)出良好的抗震性能。能夠隔離、吸收和耗散地震能量，減小橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，使橋梁 的變形限制在彈性范圍，避免因塑性變形而造成的累積損傷破壞和永久

6、殘余變形，大大提高 了橋梁結(jié)構(gòu)的安全度還可節(jié)約材料，降低造價(jià)。地震響應(yīng)分析及設(shè)計(jì)方法的改變。隨著人們 對(duì)地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性理解的加深，目前已經(jīng)發(fā)展了多種抗震設(shè)計(jì)理論和地震響應(yīng)的分析 設(shè)計(jì)方法。從地震動(dòng)的振幅、頻譜和持時(shí)三要素來看，抗震設(shè)計(jì)的靜力理論只考慮了高頻振動(dòng)振幅的最 大值；反應(yīng)譜理論雖考慮了振幅和頻譜，但持時(shí)則始終未能得到明確的反映；動(dòng)力理論不但 考慮了地震動(dòng)的持時(shí)，而且還考慮了地震動(dòng)中反應(yīng)譜不能概括的其他特性。從組成結(jié)構(gòu)抗震 設(shè)計(jì)理論的四個(gè)方面內(nèi)容（輸入地震動(dòng)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的動(dòng)力模型，一實(shí)用的地震反應(yīng)分析方 法，以及設(shè)計(jì)原則）來看，靜力理論對(duì)四個(gè)方面都做了極大的簡(jiǎn)化，反應(yīng)譜理論也做了較

7、大 的簡(jiǎn)化，而動(dòng)力理論則有比較全面的考慮:動(dòng)力理論的輸入地震動(dòng)要求給出符合場(chǎng)地情況的、 具有概率含義的加速度時(shí)間函數(shù)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)要求給出三個(gè)分量及其空間相關(guān)性；結(jié)構(gòu)和 構(gòu)件的動(dòng)力模型更為接近實(shí)際，包括了非線性特性；地震反應(yīng)分析方法考慮了結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全 過程，包括變形和能量損耗的積累；設(shè)計(jì)原則考慮到多種使用狀態(tài)和安全的概率保證。多階 段設(shè)計(jì)方法。隨著對(duì)地震產(chǎn)生機(jī)理、地震動(dòng)特性以及地震作用下各類結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性、破壞機(jī) 理、構(gòu)件能力研究認(rèn)識(shí)的加深以及對(duì)結(jié)構(gòu)在不同發(fā)生概率地震作用下預(yù)期性能目標(biāo)的不同， 促使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)原則、設(shè)防水準(zhǔn)等各個(gè)方面進(jìn)行不斷改進(jìn)。由原來的單一設(shè)防水準(zhǔn)一階 段設(shè)計(jì)逐漸改進(jìn)為雙水

8、準(zhǔn)或三水準(zhǔn)兩階段設(shè)計(jì)、三階段設(shè)計(jì)，以及多水準(zhǔn)設(shè)防、多性能目標(biāo) 準(zhǔn)則的基于結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)等。3、橋梁抗震設(shè)計(jì)原則結(jié)合地形、地質(zhì)條件、工程規(guī)模及震害經(jīng)驗(yàn)，合理選擇橋型及墩臺(tái)、基礎(chǔ)形式。同一座 橋中，盡量避免高墩與大跨的結(jié)合，宜采用減少上部結(jié)構(gòu)自重并有利于抗震的結(jié)構(gòu)形式。 體系的整體性和規(guī)則性。橋梁的整體性要好，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性可 防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時(shí)被震散掉落，同時(shí)它也是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件。 無論是在平面還是在立面上，結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對(duì)稱、規(guī) 整，避免突然變化。提高結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性。橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞源于地震動(dòng)引起 的結(jié)

9、構(gòu)振動(dòng)，因此抗震設(shè)計(jì)要力圖使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量為最小，并使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng) 的強(qiáng)度、剛度和延性，以防止不能容忍的破壞。在不增加重量、不改變剛度的前提下，提高 總體強(qiáng)度和延性是兩個(gè)有效的抗震途徑。剛度的選擇有助于控制結(jié)構(gòu)變形；強(qiáng)度與延性則是 決定結(jié)構(gòu)抗震能力的兩個(gè)重要參數(shù)。由于地震動(dòng)可造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復(fù)變形，使其剛度 與強(qiáng)度逐漸退化，因此，只重視強(qiáng)度而忽視延性絕對(duì)不是良好的抗震設(shè)計(jì)。能力設(shè)計(jì)原則。 能力設(shè)計(jì)思想強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度安全度差異，即在不同構(gòu)件（延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件-不適宜發(fā)生非 彈性變形的構(gòu)件統(tǒng)稱為能力保護(hù)構(gòu)件）和不同破壞模式（延性破壞和脆性破壞模式）之間確立 不同的強(qiáng)度安全度。通過強(qiáng)度

10、安全度差異，確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng)，不發(fā)生脆 性的破壞模式。在我國(guó)以前的建筑抗震設(shè)計(jì)中，普遍采用“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱 構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想。多道抗震防線。應(yīng)盡量使橋梁成為具有多道抵抗地震側(cè)向力的體系， 則在強(qiáng)地震動(dòng)過程中，一道防線破壞后尚有第二道防線可以支撐結(jié)構(gòu)，避免倒塌。對(duì)于高 墩、大跨的特殊橋梁，應(yīng)進(jìn)行專題抗震設(shè)計(jì)與研究。4、橋梁抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議盡量采用連續(xù)的橋跨代替簡(jiǎn)支梁跨，進(jìn)而減少伸縮縫的數(shù)量。降低在此處落梁的可能性同 時(shí)也提高了橋上行車的舒適性。對(duì)采用橡膠支座而無固定支座的橋跨。應(yīng)加設(shè)防移角鋼或 設(shè)置擋軌，作為支座的抗震設(shè)計(jì)。橋梁的基礎(chǔ)應(yīng)盡可能的建在可靠的地基上，否則軟土的 液化會(huì)加大地震反應(yīng)。位于常年有水河流上的特大橋、大中橋，當(dāng)?shù)鼗鶠橐夯粱蜍浲習(xí)r， 其墩臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)采用樁基礎(chǔ)，且樁尖埋入穩(wěn)定土層內(nèi)一定深度。高墩宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 按照延性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在橋墩塑性鉸區(qū)域及緊接承臺(tái)下樁基的適當(dāng)范圍內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)箍筋配置。 在高烈度地震區(qū)，盡可能地采用整體性和規(guī)則性較好的橋梁結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、 質(zhì)量和剛度力求均勻、對(duì)稱、規(guī)則，避免突變的出現(xiàn)；從幾何線性上看，盡量選用